오늘날 볼 베어링은 의료 및 포장 기술부터 전자 및 사무 기술에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다. 주의할 점은 볼 베어링의 제조에 서로 다른 재료를 사용함으로써 상이한 이점을 얻을 수 있다는 점이다. 재료에 따른 볼 베어링의 차이를 이구스igus의 자료를 통해 알아본다.
모든 볼 베어링은 외부 레이스, 내부 레이스, 케이지, 볼 등 4개의 주요 부품으로 구성되며, 각기 고유한 특성을 지닌다.
스틸 볼 베어링
스틸 볼 베어링은 매우 높은 부하와 빠른 RPM을 처리해야 하는 견고한 애플리케이션에 이상적으로, 일부 스틸 볼 베어링은 최대 3만 파운드의 반경 부하 용량을 지니기도 한다. 또 다른 장점은 매우 정밀하다는 점이다. 제조 공정에서 간극을 최소화할 수 있어 정밀성을 높일 수 있는 것이다.
하지만 스틸 볼 베어링은 장점만큼 적지 않은 단점도 지닌다. 스틸 볼 베어링은 무겁고 시끄러우며, 사용된 철의 등급에 따라 내화학성이 부족한 경우가 많다. 따라서 스틸 볼 베어링은 일정한 윤활을 필요로 해 유지보수를 위한 시간과 비용이 투자되어야 한다. 또 강철은 습기 찬 환경이나 습한 환경에서 부식이 쉽게 발생하는 경향도 지닌다.
이로 인해 대부분의 스틸 볼 베어링은 먼지와 이물질이 들어 가지 않도록하고 윤활유가 빠져 나가지 않도록 밀봉을 요구한다. 적절한 밀봉이 이뤄지지 않게 되면, 베어링이 손상될 수 있다. 이외에도 의학 분야와 같은 특정 환경에서는 스틸 베어링의 자기 특성이 문제를 일으킬 가능성도 있다.
오래 전부터 사용된 스틸 볼 베어링은 매우 많은 종류가 존재한다. 값싼 제품부터 매우 값비싼 제품까지 비용 차이가 크다. 비용은 스틸 베어링의 단점 혹은 장점이 될 수 있는데, 보다 중요한 점은 원하는 품질을 제공받을 수 있는가의 여부이다.
세라믹 볼 베어링
세라믹 소재는 베어링의 작동 온도를 낮추고 소음, 진동 및 마모를 줄이는 동시에 베어링을 빠르게 작동시킬 수 있다. 하지만 하이브리드의 경우, 베어링의 구성 요소에 스틸이 다수 포함되었기 때문에 부식의 위험에서 벗어날 수 없다.
완전 세라믹 볼 베어링은 전기 애플리케이션에서 광범위하게 활용된다. 마찰 계수가 낮고 견고하며, 비 자성체인 세라믹의 특성 때문이다. 이에 고 RPM을 필요로 하면서 병원의 MRI 장비와 같이 자기 특성이 없어야 하는 분야에서 완전 세라믹 볼 베어링이 활용된다. 나아가 대부분의 세라믹 볼 베어링은 최대 1800°F의 고온 환경에서도 작동할 수 있다.
세라믹 볼 베어링은 매력적이지만, 문제는 비용이다. 완전 세라믹 볼 베어링은 매우 비싸다. 높은 속도와 높은 온도에 대한 대응이 필요하지 않은 경우, 대체 솔루션을 찾는 것이 합리적이다.
플라스틱 볼 베어링
스테인레스 스틸 볼: 가장 일반적인 볼 재료이다. 비용면에서는 가장 효과적이지만 플라스틱이나 유리보다 무거우며, 자성을 지녀 일부 응용 분야에는 적합하지 않을 수 있다.
유리 볼: 우수한 내화학성과 스틸 볼보다 적은 무게가 강점이다. 따라서 자성을 피해야 하는 응용 분야에서 유용하다.
플라스틱 볼: 스틸·유리 볼보다 무게가 적으면서 우수한 내마모성을 제공한다. 또 다양한 화학 물질에 내성을 지녀 다양한 분야에서 유용한 옵션으로 인식된다.
어떤 구성을 선택하든, 플라스틱 볼 베어링은 보통에서 고속까지의 응용 분야에 이상적이며, 다양한 추가적인 이점을 제공한다. 무소음 운영이 대표적이며, 자체 윤활과 내부식성이라는 플라스틱의 특성은 유지보수의 필요성도 절감시킨다. 경량화가 가능하다는 점도 플라스틱의 또다른 이점이다.
현재 시장에는 복수의 플라스틱 볼 베어링 제조업체가 있다. 일반적으로 아세탈로 만든 단순한 플라스틱 볼 베어링을 생산하는 업체가 있으며, 이구스와 같이 기본 플라스틱, 고체 윤활제, 섬유 및 필라멘트 등을 혼합한 소재로 베어링을 생산하는 제조업체가 있다.
대부분의 플라스틱 볼 베어링은 경량과 무소음, 내부식성의 특징을 갖고 있다. 하지만 마모가 심각할 경우, 특별한 플라스틱 볼 베어링이 요구된다. 또 300°F 이상의 고온 환경, 혹은 고부하 환경에서도 단순 플라스틱보다 사용 환경에 맞춰 특별히 고안된 플라스틱을 사용해야 한다.
